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微小時間スケールのコロイド粒子ダイナミクス定量評価手法の確立

研究課題

研究課題/領域番号 18J02101
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 高分子化学
研究機関東京大学

研究代表者

呉羽 拓真  東京大学, 物性研究所, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2018年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワード光散乱 / コロイド粒子 / ダイナミクス / ハイドロゲル / 動的光散乱法 / 蛍光分光法 / コロイド
研究実績の概要

本研究課題の主目的であるコロイド粒子のダイナミクス評価において、必須の評価法である動的光散乱法(DLS)を駆使することが重要であり、当該年度ではその評価法の確立を行なった。用いたコロイド粒子は、水で膨潤し、やわらかい高分子ゲルからなるハイドロゲル微粒子を採用した。このようなソフトコロイドは、希薄濃度においては通常のコロイド粒子と同様に水中でブラウン運動しているが、濃度を増加させていくと、系内で互いに圧縮されることで変形し、相互貫入することでソフトコロイドガラスと呼ばれるペースト状になる。本研究では、ゲル微粒子の濃度変化に対するダイナミクス変化をDLSにより評価し、その解析手法の確立を行なった。
ゲル微粒子は、高濃度時に多重散乱を抑制できるほどの微小サイズのPoly(N-isopropyl acrylamide)からなるゲル微粒子を選択した。解析において、得られる自己相関関数(g2(τ) - 1, 以下ICF)をどのように解釈するかが重要であり、各濃度において特徴的なICFを得た。希薄濃度では従来通りゲル微粒子の並進拡散を観測したが、濃度を増加させると2つの緩和が観測された。一つ目の緩和は、ゲル微粒子自身の拡散が周りの微粒子により阻害されるジャミング化を反映している。もう一つの緩和は、ゲル微粒子内部の高分子網目の協同拡散であると考えられ、拡散係数の転移が観測できた。このダイナミクスの存在はこれまでほとんど議論されておらず、硬質微粒子のガラス化挙動では観測されない特徴的なものである。
本実験から、ゲル微粒子懸濁液のダイナミクスはコロイドとゲルの特徴を示し、化粧品や増粘剤等の製品としてだけでなく、光散乱法を駆使したソフトマター物理化学の理解のための有用なモデル材料であることがわかり、DLSによる新たな評価法を確立できたと考えている。

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Hydrogel Microellipsoids that Form Robust String-like Assemblies at the Air/Water Interface2019

    • 著者名/発表者名
      Honda Kenshiro、Sazuka Yuka、Iizuka Kojiro、Matsui Shusuke、Uchihashi Takayuki、Kureha Takuma、Shibayama Mitsuhiro、Watanabe Takumi、Suzuki Daisuke
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 印刷中 号: 22 ページ: 7294-7298

    • DOI

      10.1002/anie.201901611

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Non‐Thermoresponsive Decanano‐sized Domains in Thermoresponsive Hydrogel Microspheres Revealed by Temperature‐Controlled High‐Speed Atomic Force Microscopy2019

    • 著者名/発表者名
      Nishizawa Yuichiro、Matsui Shusuke、Urayama Kenji、Kureha Takuma、Shibayama Mitsuhiro、Uchihashi Takayuki、Suzuki Daisuke
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 58 号: 26 ページ: 8809-8813

    • DOI

      10.1002/anie.201903483

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Concentration dependence of the dynamics of microgel suspensions investigated by dynamic light scattering2019

    • 著者名/発表者名
      Kureha Takuma、Minato Haruka、Suzuki Daisuke、Urayama Kenji、Shibayama Mitsuhiro
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: 15 号: 27 ページ: 5390-5399

    • DOI

      10.1039/c9sm01030k

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 光から観たゲル微粒子2019

    • 著者名/発表者名
      呉羽拓真、柴山充弘
    • 雑誌名

      高分子

      巻: 68 ページ: 497-498

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] 周囲の温度に応答する高分子ハイドロゲルの物性評価2019

    • 著者名/発表者名
      呉羽拓真
    • 雑誌名

      物性研だより

      巻: 59 ページ: 7-9

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] High Reusability of Catalytically Active Gold Nanoparticles Immobilized in Core-Shell Hydrogel Microspheres2018

    • 著者名/発表者名
      Kureha Takuma、Nagase Yasuhisa、Suzuki Daisuke
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 3 号: 6 ページ: 6158-6165

    • DOI

      10.1021/acsomega.8b00819

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dynamic Fluctuations of Thermoresponsive Poly(oligo-ethylene glycol methyl ether methacrylate)-Based Hydrogels Investigated by Dynamic Light Scattering2018

    • 著者名/発表者名
      Kureha Takuma、Hayashi Kyohei、Ohira Masashi、Li Xiang、Shibayama Mitsuhiro
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: 51 号: 21 ページ: 8932-8939

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.8b02035

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 感温性ハイドロゲルの物性評価2019

    • 著者名/発表者名
      呉羽拓真、林恭平、Li Xiang、柴山 充弘
    • 学会等名
      第68回高分子学会年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 動的光散乱法によるゲル材料のダイナミクス評価2019

    • 著者名/発表者名
      呉羽拓真、林恭平、Li Xiang、柴山 充弘
    • 学会等名
      第18回関東ソフトマター研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 側鎖にエチレングリコールを有する温度応答性ゲルの力学特性2019

    • 著者名/発表者名
      林 恭平、呉羽 拓真、Li Xiang、柴山 充弘
    • 学会等名
      第68回高分子学会年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 側鎖にエチレングリコール誘導体を有する温度応答性ゲルの力学評価2019

    • 著者名/発表者名
      林 恭平、呉羽 拓真、Li Xiang、柴山 充弘
    • 学会等名
      つくばソフトマター研究会2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 生体不活性な高分子ゲルのダイナミクス2019

    • 著者名/発表者名
      呉羽拓真、林恭平、Li Xiang、柴山 充弘
    • 学会等名
      第30回高分子ゲル研究討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 生体適合性ハイドロゲルのダイナミクス2018

    • 著者名/発表者名
      呉羽拓真、林恭平、Li Xiang、柴山 充弘
    • 学会等名
      平成30年度 繊維学会秋季研究発表会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 温度応答性ゲルのネットワークゆらぎ2018

    • 著者名/発表者名
      呉羽拓真、林恭平、Li Xiang、柴山 充弘
    • 学会等名
      第8回ソフトマター研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Dynamic Fluctuations of Thermo-responsive Poly(oligo-ethylene glycol methacrylate)-based Hydrogels Investigated by Dynamic Light Scattering2018

    • 著者名/発表者名
      呉羽拓真、林恭平、Li Xiang、柴山 充弘
    • 学会等名
      1st Glowing Polymer Symposium in Kanto
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 生体適合性ゲルの熱ゆらぎ評価2018

    • 著者名/発表者名
      呉羽拓真、林恭平、Li Xiang、柴山 充弘
    • 学会等名
      第28回日本MRS年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Volume Transition of Poly (Oligo Ethylene Glycol Methacrylate)-based Hydrogels2018

    • 著者名/発表者名
      Takuma Kureha, Xiang Li and Mitsuhiro Shibayama
    • 学会等名
      82nd Prague Meeting on Macromolecules - Polymer Networks and Gels 2018 and 24th meeting of the international Polymer Networks Group
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2018-05-01   更新日: 2024-03-26  

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